Диссертация (1141490), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Загрузка разработана так, что имеет большую защищеннуюповерхностьдляростабиопленкииформируетоптимальныеусловияжизнедеятельности для микроорганизмов [35,36,55,88,90].Рисунок 1.4 - Kaldnes процесс [116]: 1 – вход сточных вод, 2 – выход очищеннойводы, 3 – подача воздуха, 4 – корпус реактора, 5 – улавливатель загрузки, 6 –подвижная загрузкаВ отличие от биологических процессов очистки активным илом Kaldnesпроцесс может работать при очень высоких нагрузках без каких-либо проблемзаиливания.
Отмершие организмы с наружной стороны биозагрузки удаляются впроцессе движения внутри биореактора и освобождают место для формированиянового поколения биоценоза [81,91]. Доступны несколько моделей биозагрузкиKaldnes (таблица 1.4), изображение которых приведено в разделе 1.3.Таблица 1.4Различные модели загрузок для Kaldnes процессаМодельДлина, ммДиаметр, ммЗащищеннаяплощадь, м2/м3Общаяплощадь, м2/м3К1К3Natrix C2Natrix M2Biofilm-Chip MBiofilm-Chip P71230502,23925366448455005002202001200900800600265230140099023Системы с прикрепленной биомассой на поверхности плавающего носителяназываются Moving Bed Bio Reactor (MBBR), жестко закрепленного носителя –Fixed Bed Bio Reactor (FBBR).
Преимуществом систем с прикрепленной биомассойявляется устойчивость к залповым сбросам и повышенным нагрузкам [31,68].Второй основной разновидностью биологических очистных сооруженийявляются реакторы с активным илом [13,24,61]. Применение данной технологиипозволяет обеспечить высокую степень очистки бытовых и промышленныхсточных вод [21,108]. Согласно [112] развитие технологий и проектных решенийосновано на растущих требованиях к очищенным сточным водам, расширениизнанийопротекающихмикробиологическихпроцессахипотребностиоптимизации затрат на очистку и сохранении ее эффективности.Технологии с активным илом могут применяться как для окисленияорганических веществ, так для глубокого извлечения азота и фосфора за счетсоздания требуемых кислородных условий и обеспечения технологическихпараметров. В настоящее время активно применяются технологии с активнымилом: реакторы полного смешивания, прямоточные аэротенки (обычные,секционированные, одно и двух иловые схемы, с применением чистогокислорода), сооружения с продленной аэрацией, окислительные каналы, реакторыпериодического действия (SBR), система циклического активного ила (CAAS),реакторы прерывистой декантации – прерывистый цикл продленной аэрации(ICEAS).Ужесточившиеся природоохранные нормативы потребовали поиска иразработкикомбинированныхтехнологическихрешений,сочетающихпреимущества систем с активным илом и биопленкой.
Таким решением сталикомбинированные реакторы IFAS (Integrated Fixed film Activated Sludge)[87,88,95].В комбинированных системах используются различные типы загрузочныхматериалов для роста биопленки в аэротенках с активным илом, чтобыобъединить технологии очистки на биопленках и иле. Типичные примеры такогорода процессов Captor, Limpor и Kaldnes, Meteor.24Meteor–процесс представляет собой сочетание технологии фиксированнойбиопленки и взвешенной технологии роста (обычно называемой активный ил)вместе в одной гибридной IFAS-системе.
В этом процессе используетсяполиэтиленоваябиозагрузка,обеспечиваябольшуюплощадьвнутреннейповерхности для роста микроорганизмов (рисунок 1.5). Технология достигаетвысоких скоростей удаления загрязнений в небольшом строительном объеме [64].Рисунок 1.5 – Meteor IFAS процесс: 1 – реактор IFAS процесса, 2 – отстойник, 3 –поступление сточных вод, 4 – выход очищенной воды, 5 – загрузочный материалноситель, 6 – подача воздуха на аэрацию,7 – возврат активного ила, 8 – активный ил на утилизациюС такого рода технологиями, производительность очистных сооружений сактивным илом может быть увеличена на 100% - 200% по отношению к базовойпроизводительности, а существующие очистные сооружения, запроектированныена удаление БПК, могут быть модернизированы до технологий глубокогоудаления азота с учетом новых нормативных требований.
Также при введениикомбинированного процесса очистки достигается лучшее осаждение взвешенныхтвердых частиц по сравнению с обычными системами с активным илом.В биореакторе с псевдоожиженным (взвешенным) слоем (Fluidized-BedReactor – FBR), биопленка прикреплена к мелким частицам носителей, которыеостаются взвешенными в жидкости с помощью восходящего потока воды(рисунок1.6). Подаваемый воздух обеспечивает биопленку необходимыхкислородом и повышает эффективность перемешивания частиц.25Рисунок 1.6 – Биореактор с псевдосжиженным слоем [112]: 1 – вход сточных вод,2 – выход очищенной воды, 3 – рециркуляция, 4 – оксигенация, 5 – подачавоздуха, 6 – решетка для удержания частиц загрузки, 7 - песок илиактивированный уголь, 8 – распределительное устройствоВода при ее циркуляции насосом эффективно транспортирует субстрат кбиопленке и отводит метаболиты от биоценоза биопленки.
Также внутри реакторасоздаются необходимые гидродинамические условия и интенсифицируетсяочистка сточных вод за счет ускорения массопереноса.Биореакторы с псевдоожиженным слоем также эксплуатируются и ванаэробном режиме, отличием от аэробных заключается в отсутствии подачивоздуха в реактор.Мембранныебиореакторы[40,47,48,62,71,107],которыемогутбытьреализованы в комплексе с контактными реакторами с плавающей или жесткозакрепленной загрузкой, в дополнении к высокой эффективности очисткипозволяют исключить вторичные отстойники и увеличить рабочую дозу биомасс.1.2. Особенности прикрепленной биомассы26Вокружающеммиресуществованиемикроорганизмовзачастуюпредставлено в структурированном виде – биопленках [27].
Важными ихсвойствами являются адаптивность к чужеродным соединениям, быстроеосваиваниеместобитаний,нивелированиеантропогенныхвоздействий[54,59,107,109]. Биоремедиация почв [69], микробное выщелачивание металлов изруд [105], очистка сточных вод [114] основаны на биотехнологических процессах.Биопленка биофильтров – это своеобразное живое сообщество организмов,которое ведет основную очистку сточных вод от загрязнений как целостнаясистема, а не как отдельные живые микроорганизмы.
В связи с этимзначительный интерес представляют исследования роли организмов биопленки,позволяющих достичь высокой степени глубокой деградации, детоксикации идеминерализации веществ, которые в высоких концентрациях встречаются всточных водах. Наиболее прочные биологические связи в очистных сооруженияхподобного типа устанавливаются между микроорганизмами биопленки.Раскрытие этих связей и объяснение механизмов протекающих процессовпозволит подойти к решению важнейшей задачи – интенсификации очисткисточных вод в биологических очистных сооружениях фильтрующего типа за счетуправления морфогенезом биопленки.Биопленка представляет собой особую форму колониальной организациимикроорганизмов.
Это микроколонии, сформированные в слизистом матриксе иразделенныеканалами.Формированиебиопленок(БП)начинаетсясбактериальной адгезии и синтеза полимерного матрикса, выполняющегозащитную функцию [33,63,85,111].Продуцируемый микробами матрикс препятствует проникновению вбиопленку токсикантов, что повышает устойчивость биоценоза к вреднымвеществам в десятки, а иногда в сотни раз [101].
Поэтому наличие вредныхвеществ в сточных водах не наносит существенного отрицательного воздействиябиоценозу биопленок. Когда биопленки достигают определенного размера, ониотмирают, от них начинают отрываться частицы, смываемые очищаемымисточными водами. Так образуются свободноплавающие фрагменты биопленки,27при наличии в них значительного числа живых микроорганизмов формируетсякомбинированиебиомассы–кприкрепленномубиоценозудобавляетсяплавающий, близкий по своему строению и по видовому составу к активному илу.Микроорганизмыспособныформироватьбиопленкиналюбыхповерхностях и на любых материалах, на дереве, пластмассе, металле и накамнях.
Именно биопленки принимают участие не только в очистке отзагрязнений, но и в обеззараживании отработанных и сточных вод.Биопленкабиофильтровпредставляетсобойсложноесообщество,состоящее из бактерий разных видов, простейших, а иногда и водорослей. И вэтом случае общность действия составляющих биопленку микроорганизмовопределяют аутоиндукторы, которыепередают информацию общую дляорганизмов различного систематического уровня [104].Биопленка – открытая система и коммуникация микроорганизмов (системаQS), контролирующая важные стадии ее развития, позволяет этой биологическойструктуре выполнять заключенную в ней программу морфогенеза.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
